摘要:本文在己有研究成果的基礎(chǔ)上，著重研究了日照效應(yīng)對連續(xù)梁的影響分析方法。通過工程實例證明，該方法能夠較精確的計算出大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在日照效應(yīng)下的內(nèi)力分布規(guī)律，有一定的工程應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞: 混凝上;溫度;收縮;徐變

引言

隨著空心高橋墩、大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋等一些混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展，溫度應(yīng)力對混凝土結(jié)構(gòu)的影響和危害，已越來越引起工程界的重視。理論分析和試驗研究均已證明，在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋中，溫度應(yīng)力可以達到甚至超出活載應(yīng)力，被認定是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的主要原因。

大量的試驗研究證明，短時的變化急劇的太陽輻射引起的結(jié)構(gòu)溫度變化和驟然降溫(包括日落降溫、寒流等)引起的結(jié)構(gòu)溫度變化，對混凝土結(jié)構(gòu)的影響比長期緩慢的年氣溫荷載影響更大。因此，本文太陽輻射引起的梯度溫度作用對連續(xù)梁橋的影響。

1溫度分布與溫度應(yīng)力

由于混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)較小，混凝土結(jié)構(gòu)物竣工以后，在外表面溫度急變的情況下，內(nèi)部溫度的變化存在明顯的滯后現(xiàn)象，導(dǎo)致每層混凝土所得到或擴散的熱量有較大的差異，形成了非線性分布的溫度狀態(tài)。這種分布狀態(tài)同時受外界條件和內(nèi)部因素的影響。

混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力，實際上是一種約束應(yīng)力。當(dāng)結(jié)構(gòu)物由于溫度變化產(chǎn)生的變形受到約束時所產(chǎn)生的應(yīng)力，即稱為溫度應(yīng)力。反之，如果結(jié)構(gòu)物因溫度變化而產(chǎn)生的變形，能自由地伸縮時，則不會發(fā)生這種溫度應(yīng)力。

2溫度荷載的形成

由于混凝土結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)性能差，其周圍環(huán)境及日輻射等作用，將使表面溫度迅速上升(或降低)，但結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度仍基本處于原來的狀態(tài)，這樣在混凝土結(jié)構(gòu)中便形成了較大的溫度梯度，當(dāng)結(jié)構(gòu)存在內(nèi)、外約束時，會產(chǎn)生相當(dāng)大的溫度應(yīng)力(亦稱溫差應(yīng)力)。引起這種溫度應(yīng)力的荷載稱為溫度荷載。其主要包括:日照溫度變化;驟然降溫溫度變化;年溫溫度變化等。

3溫度應(yīng)力計算理論

由前面的分析可知，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)在日照作用下，會產(chǎn)生不均勻的溫度場，箱梁因此而產(chǎn)生的變形受到約束時，就會產(chǎn)生相應(yīng)的溫差應(yīng)力。日照溫度應(yīng)力包括了兩個部分:自約束應(yīng)力和約束應(yīng)力。

在計算混凝土箱梁日照溫差應(yīng)力時，為了處理問題方便和簡化計算，一般采用以下基本假定:

①沿梁長方向的溫度分布是均勻的;

②假定混凝土材料符合彈性變形規(guī)律;

③貝努里平面變形假定可以適用;

④計算認為水泥的水化熱完全消失;

⑤假定混凝土的各項物理參數(shù)是恒定的;

⑥可按單向溫度荷載計算，然后迭加構(gòu)成雙向溫度荷載計算。

4 混凝土箱梁日照溫度自應(yīng)力計算

中國公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D60——2004)對溫度效應(yīng)的規(guī)定如圖1所示，圖中橋面板表明的最高溫度T1規(guī)定見表1，對混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)梁高H小于400mm時，圖中A=H-100(mm);梁高H等于或大于400mm時，A=300mm。對于帶混凝土橋面板的鋼結(jié)構(gòu)，A=300mm，圖中t為混凝土橋面板的厚度。

豎向日照正溫差計算的溫度基數(shù)表1

5大跨徑連續(xù)箱梁日照效應(yīng)實例研究

西漢高速某橋上部結(jié)構(gòu)60+5﹡90+60米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁由上、下行的兩個單箱單室箱型斷面組成，箱梁根部高度5米，跨中高度2. 5米，其間梁高按二次拋物線變化。

日照升溫作用下連續(xù)箱梁橋主梁及各墩位移值比較圖

日照降溫作用下連續(xù)箱梁橋主梁及各墩位移值比較圖

計算結(jié)果表明，在日照升溫(體系升溫+正溫差)和日照降溫(體系升溫+負溫差)作用下，剛構(gòu)橋主梁邊跨的變形方向相反。橋梁邊跨邊墩附近梁段在升溫荷載作用下，撓度值達到-0.49(向下)，而在降溫荷載作用下，撓度值為0.38(向上)。中跨跨中截面均呈下?lián)馅厔?。升溫荷載作用下中跨撓度值為-0.24(向下)，降溫荷載作用下?lián)隙戎禐?0.18(向下);升溫荷載和降溫荷載在主梁引起的內(nèi)力值符號相反，升溫荷載在橋梁中跨跨中引起的彎矩值達到-1.69×104kNm。降溫荷載在橋梁中跨跨中引起的彎矩值達到1.71×104kNm;在升溫荷載作用下，主梁上緣受拉下緣受壓，中跨跨中最大壓應(yīng)力為1.21MPa，最大拉應(yīng)力為0.66MPa;在降溫作用下，主梁上緣受壓下緣受拉，最大拉應(yīng)力為1.20MPa，最大拉應(yīng)力為0.69MPa

6結(jié) 論

對日照溫差引起的結(jié)構(gòu)變形進行計算分析發(fā)現(xiàn):日照溫差引起的結(jié)構(gòu)變形主要是豎向撓度和順橋向水平位移，最大豎向撓度一般出現(xiàn)在橋梁的跨中部位，在升溫荷載作用下跨中下?lián)?，降溫時呈上撓。

上部箱梁受日照溫差作用下的應(yīng)力分布規(guī)律:在日照升溫作用下，截面上緣出現(xiàn)壓應(yīng)力，截面下緣一般出現(xiàn)拉應(yīng)力;日照溫差應(yīng)力最大的截面一般都是在跨中位置，墩頂截面的日照溫差應(yīng)力較小。上部箱梁在日照溫差作用下對下部結(jié)構(gòu)的影響不大，產(chǎn)生的應(yīng)力數(shù)值較小。

參考文獻:

[1]CEN: Design of Concrete Structures. Eurocode 2 Part 10: Structure Fire Design. Commission of European Communities， April，1990

[2]過鎮(zhèn)海.鋼筋混凝土原理[M]. 北京:清華大學(xué)出版社，1999，3

[3]王新敏.ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析[M].北京:人民交通出版社，2007，10